基于Acrel-5000的大型公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

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1）站控管理層

站控管理層針對(duì)能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的管理人員，是人機(jī)交互的直接窗口，也是系統(tǒng)的最上層部分。主要由系統(tǒng)軟件和必要的硬件設(shè)備，如工業(yè)級(jí)計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、UPS電源等組成。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件具有良好的人機(jī)交互界面，對(duì)采集的現(xiàn)場(chǎng)各類數(shù)據(jù)信息計(jì)算、分析與處理，并以圖形、數(shù)顯、聲音等方式反映現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行狀況。

監(jiān)控主機(jī)：用于數(shù)據(jù)采集、處理和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。為系統(tǒng)內(nèi)或外部提供數(shù)據(jù)接口，進(jìn)行系統(tǒng)管理、維護(hù)和分析工作。

打印機(jī)：系統(tǒng)召喚打印或自動(dòng)打印圖形、報(bào)表等。

模擬屏：系統(tǒng)通過通訊方式與智能模擬屏進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，形象顯示整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行狀況。

UPS：保證計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的正常供電，在整個(gè)系統(tǒng)發(fā)生供電問題時(shí)，保證站控管理層設(shè)備的正常運(yùn)行。

  2）網(wǎng)絡(luò)通訊層

通訊層主要是由通訊管理機(jī)、以太網(wǎng)設(shè)備及總線網(wǎng)絡(luò)組成。該層是數(shù)據(jù)信息交換的橋梁，負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備回送的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集、分類和傳送等工作的同時(shí)，轉(zhuǎn)達(dá)上位機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的各種控制命令。

   通訊管理機(jī)：是系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理和智能通訊管理中心。它具備了數(shù)據(jù)采集與處理、通訊控制器、前置機(jī)等功能。

以太網(wǎng)設(shè)備：包括工業(yè)級(jí)以太網(wǎng)交換機(jī)。

通訊介質(zhì)：系統(tǒng)主要采用屏蔽雙絞線、光纖以及無線通訊等。

3）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層是數(shù)據(jù)采集終端，主要由智能儀表組成，采用具有高可靠性、帶有現(xiàn)場(chǎng)總線連接的分布式I/O控制器構(gòu)成數(shù)據(jù)采集終端，向數(shù)據(jù)中心上傳存儲(chǔ)的建筑能耗數(shù)據(jù)。測(cè)量?jī)x表擔(dān)負(fù)著最基層的數(shù)據(jù)采集任務(wù)，其監(jiān)測(cè)的能耗數(shù)據(jù)必須完整、準(zhǔn)確并實(shí)時(shí)傳送至數(shù)據(jù)中心。

2        軟件實(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)功能

上位機(jī)軟件為Acrel-5000能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組態(tài)軟件，該軟件是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與監(jiān)測(cè)的專用軟件，最大的特點(diǎn)是能以靈活多樣的“組態(tài)形式”而不是編程方式來進(jìn)行系統(tǒng)集成，它提供了良好的用戶開發(fā)界面和簡(jiǎn)捷的工程實(shí)現(xiàn)方法，只要將其預(yù)設(shè)置的各種軟件模塊進(jìn)行簡(jiǎn)單的“組態(tài)”，便可以非常容易地實(shí)現(xiàn)和完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)測(cè)功能。Acrel-5000能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有友好的人機(jī)交互界面，可實(shí)時(shí)和定時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備各參量及開關(guān)量狀態(tài)，并將采集到的數(shù)據(jù)上傳給數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)。系統(tǒng)還提供了實(shí)時(shí)曲線和歷史趨勢(shì)曲線分析，符合用戶設(shè)計(jì)需要的報(bào)表、事件記錄和故障報(bào)警等功能。整個(gè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)所有回路能耗的采集和統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表、能耗監(jiān)測(cè)功能。

（1）    運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)：通訊異常報(bào)警提示。

（2）    用戶管理：不同用戶權(quán)限具備不同操作功能，各級(jí)權(quán)限的口令修改操作功能，具有權(quán)限防誤功能。

（3）    能耗報(bào)表、棒圖：實(shí)現(xiàn)了所有能耗報(bào)表的按時(shí)間查詢，分為日、月、年報(bào)表等，任意分類、分項(xiàng)實(shí)時(shí)能耗棒圖顯示。

（4）    打印及導(dǎo)出：所有報(bào)表及界面可打印，或以EXCEL、WORD格式進(jìn)行導(dǎo)出。

3 應(yīng)用案例

上海浦東某圖書館是一個(gè)高能耗大型公共建筑，總建筑面積60885平方米,消耗的能源主要為電、水，還有少量的燃?xì)狻⒉裼偷?，柴油發(fā)電機(jī)是作為應(yīng)急電源之用。該項(xiàng)目能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，各樓層對(duì)用電進(jìn)行分類、分項(xiàng)計(jì)量，各樓層及總供水管道、燃?xì)狻⒉裼凸艿蓝及惭b有測(cè)量?jī)x表，以實(shí)現(xiàn)對(duì)能耗的實(shí)時(shí)采集與監(jiān)控。所有的智能測(cè)量?jī)x表均通過現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行組網(wǎng)，在監(jiān)控室對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各回路能耗狀況實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控與管理。[!--empirenews.page--]

該項(xiàng)目中采用研祥工業(yè)計(jì)算機(jī)作為監(jiān)控主機(jī)，并附帶液晶顯示器、打印機(jī)等設(shè)備，山特UPS電源在整個(gè)系統(tǒng)發(fā)生供電問題時(shí)，可在一定時(shí)間內(nèi)保證站控管理層設(shè)備的正常運(yùn)行。數(shù)據(jù)采集終端采用高可靠性、帶有現(xiàn)場(chǎng)總線連接的智能測(cè)量?jī)x表。對(duì)于圖書館供配電系統(tǒng)，低壓進(jìn)線回路和重要回路安裝ACR系列多功能電力儀表，普通饋線回路及照明配電箱中安裝ADL系列導(dǎo)軌式電能表，儀表外形如圖2所示^[2][3]。

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ACR系列        ADL系列：?jiǎn)蜗?、三?/span>

圖 2 智能電力網(wǎng)絡(luò)儀表

ACR系列多功能電力儀表具有全面的三相交流電量測(cè)量、復(fù)費(fèi)率電能計(jì)量、四象限電能計(jì)量、2～31次諧波分析、電網(wǎng)質(zhì)量分析、遙信輸入、遙控輸出及網(wǎng)絡(luò)通訊功能，主要用于對(duì)電網(wǎng)供電質(zhì)量的綜合監(jiān)控及電能管理，廣泛應(yīng)用于低壓聯(lián)絡(luò)柜、出線柜、動(dòng)力柜等場(chǎng)合。而ADL系列導(dǎo)軌式安裝電能表除能采集基本電能參量外還具有體積小巧、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，ADL100單相電能表結(jié)構(gòu)尺寸為4模數(shù)，與微型斷路器一起安裝于照明配電箱中，如圖3所示，ADL300三相電能表為7模數(shù)結(jié)構(gòu)，主要應(yīng)用于動(dòng)力柜中，安裝方式如圖4所示，極大的方便了用電自動(dòng)化管理。

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圖3 ADL100應(yīng)用安裝示例

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圖4  ADL300應(yīng)用于動(dòng)力柜中

該能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和通信系統(tǒng)提供的傳輸通道，完成對(duì)各用電回路、供水、燃?xì)饧安裼凸艿赖臄?shù)據(jù)采集，信息經(jīng)分析、處理，以報(bào)表、圖形等多種形式供值班員參考，使值班員能夠便捷的掌握系統(tǒng)的運(yùn)行及能耗狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)、糾正能源浪費(fèi)現(xiàn)象，從而進(jìn)行節(jié)能管理。在需要時(shí)，還可提供快捷的遠(yuǎn)程控制手段，完成對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的改變以及事故情況的處理。

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圖5 圖書館能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主界面

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表1 圖書館能耗統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)查詢表

圖5為圖書館能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主界面，可以查詢各類能耗的使用狀況，表1給出了圖書館能耗數(shù)據(jù)查詢表，很清楚的顯示出各類能源的使用情況。圖6為系統(tǒng)給出的圖書館照明、空調(diào)及插座等用電量的餅圖，很直觀地顯示出分項(xiàng)用電量的百分比。而圖7是根據(jù)系統(tǒng)采集的所有分類能耗數(shù)據(jù)，由系統(tǒng)繪制出的分類能耗柱形圖，可以形象的看出分類能源的使用情況。

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圖6圖書館年分項(xiàng)用電量餅圖

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圖7圖書館分類能耗對(duì)比圖

5結(jié)束語

隨著能源的日益緊張，節(jié)能降耗成為大型公共建筑智能化建設(shè)的必然選擇，本文介紹的能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，不僅能監(jiān)控供配電系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，還能監(jiān)測(cè)用水量、燃?xì)獾绕渌茉吹氖褂脿顩r，并能根據(jù)采集到的能耗數(shù)據(jù)繪制出各種報(bào)表、分析曲線、圖形等，便于分析研究，為智能建筑的節(jié)能技術(shù)提供參考。該系統(tǒng)運(yùn)行安全、可靠，并附有事件記錄及故障報(bào)警等功能，極大地方便了用戶的使用。隨著社會(huì)的發(fā)展，能源的日益緊張，實(shí)現(xiàn)對(duì)分類能耗、分項(xiàng)能耗的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與管理成為智能建筑發(fā)展的必然趨勢(shì)。